CN1798816A

CN1798816A - 导热性泡沫界面材料

Info

Publication number: CN1798816A
Application number: CNA200480015061XA
Authority: CN
Inventors: 帕特里克·J·费希尔; 詹姆士·J·科贝; 卡梅伦·T·默里
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2006-07-05
Also published as: KR20060038379A; US20040241417A1; US20100218932A1; EP1631636A1; WO2004108851A1; US7744991B2; JP4773339B2; KR101110965B1; JP2006526687A

Abstract

一个方面，本发明提供一种包括泡沫薄膜的泡沫热界面材料，所属薄膜包含数均分子量大于25,000的聚合热熔性压敏粘合剂和至少25wt％导热填料的共混物，所述膜的空隙体积是所述泡沫薄膜体积的至少5％。

Description

导热性泡沫界面材料

背景

集成电路、有源和无源元件、光盘驱动器等在使用条件下产生热量，这些热量必须散遗以能够连续使用发热元件。这些发热元件通常连接有翅片金属块形式散热器和包含热管的热量扩散器，以导走余热并辐射到环境中。可用于提供发热元件和散热器/热扩散器之间热桥的材料是已知的。许多这些材料基于凝胶物质、液体至固相变化化合物、润脂油、或必须机械夹持在发热元件和散热器/热扩散器之间的衬垫。

新近，已经引入复合粘合剂的导热材料。这些导热粘合剂材料通常在发热元件和散热器/热扩散器之间形成粘合连接，使得不需要机械夹持。导热粘合剂中已经使用热活化(热熔性)粘合剂和压敏粘合剂。在所有情况下，这些热界面材料需要热增强(与未填充或稍微填充的聚合物组合物相比)，在高温(发热元件通常在50℃或更高温度下运转)是尺寸稳定的，并且柔性和顺应性足够在基材之间提供良好的接触(润湿)。通常，这类导热性粘合剂具有与柔软性/顺应性折衷的导热性，反之亦然。

复合聚合物泡沫芯的制品特征在于泡沫聚合物的密度低于预发泡聚合基体的密度。可通过多种已知方法获得低密度泡沫，例如用化学发泡剂发泡、或通过在基体中分布微球，其中微球通常由玻璃或某些聚合材料制备而成，而前者对泡沫的柔软性/顺应性是有害的。

已使用泡沫来连接两种坚硬的基体、或具有不平坦或粗糙表面的基体。但是，泡沫迄今为止还未用作热界面材料。据认为，由于这类空隙的绝热性质，使得热界面材料中应当避免不连续的空隙。从而，导热性得到折衷。

某些应用中，可能需要和/或可能由应用规程要求的阻燃特征。例如，电气或电子应用中使用的带材可以直接暴露至电流、暴露至短路、和/或暴露至伴随电子元件或电气装置使用时产生的热。因此，行业标准或规程可以对使用该带材元件施加条件，要求进行资格测试，例如燃烧测试等。对于电气和电子应用，工业标准可燃性试验是Underwriters Laboratories(UL 94″设备和器械中部分塑性材料易燃性的测试标准″)。

其他应用中，需要返工和/或修补，例如，连接铝制框架至等离子体显示板(PDP)。这些应用中，易于移去的附加体系、例如拉伸可脱模附加体系是有利的。

因此，需要提供一种导热性泡沫和导热粘合剂界面，其具有可接受的导热性，并且是柔软/顺应性的，还希望提供制备热界面材料的方法。此外，还需要在任选具有拉伸脱模性能的阻燃剂构造中提供上述导热制品。

概述

一个方面中，本发明提供了一种包含泡沫薄膜的泡沫热界面材料，其中薄膜包括数均分子量大于25000的聚合热熔性压敏粘合剂和至少25wt％导热填料的共混物，所述薄膜的空隙体积至少为所述泡沫薄膜体积的5％。

另一个方面中，本发明提供了一种导热界面组合物，其包括数均分子量大于25000的聚合热熔性压敏粘合剂和至少25wt％导热填料，和有效量的发泡剂。

在其他方面中，本发明的泡沫热界面材料和组合物可以进一步包括阻燃剂和/或微纤维形成材料。

在另一个方面中，本发明提供一种制备泡沫热界面材料的方法，包括步骤：

(a)熔融混合压敏粘合剂(PSA)聚合物、导热性粒子和发泡剂，以形成可发性易成型的组合物；

(b)使发泡剂活化；

(c)使易成型的组合物形成具有外表面的泡沫薄膜；和

(d)任选施加导热粘合剂组合物至泡沫薄膜的外表面。

在本发明的另一个方面，可在可挤出组合物挤出后使发泡剂活化。

根据说明书的详细说明和所附权利要求，本发明的其它特征和优点对本领域的技术人员显而易见。

附图说明

在描述优选实施方式的不同特征时，参考了不同附图。其中相似的编号表示相似的特征，其中：

图1是显示本发明热界面材料的透视图。

图2是显示第二种热界面材料的透视图。

图3是特征在于连续薄膜结合导热表面粘合剂层的热界面材料透视图。

图4是用于制备本发明制品的挤出加工装置的示意图。

图5是实施例中所用的薄型加热器试验装置示意图。

图6是实施例中用来计算整体导热率的热阻抗(Z_corr)对厚度(t)的绘制图。

详细说明

在这里使用了一些术语来描述本发明的优选实施方案。所有这样的术语应当理解为与本领域技术人员用语一致的含义。为了方便起见，以下举例说明所指含义，但并非限定：

″空隙体积″是指粘合剂中存在的空隙，其通过使粘合剂中所含发泡剂活化而形成。

″阻燃剂″是指当施加至或混合到易燃材料内部时，该物质降低或消除材料点燃的趋势，和/或当暴露至热或火焰时降低一旦点燃继续燃烧的趋势。

″拉伸脱模″是指粘合制品的性能，特征为当以30厘米/分钟的速度和45°或更小的角度从基材表面拉伸和延长制品时，制品从基材表面分离，没有在基材上留下大量可见的残余物，或当在两个坚硬基材之间使用该制品时，以30厘米/分钟的速度和5°或更小的角度拉伸并延长制品，该制品从基材表面分离，在至少一个坚硬基材上没有留下大量可见的残余物。

″基本上连续″是指加工方向未破损微纤维至少约0.5cm。

″基本上没有″是指存在于本发明热界面材料(TIM)中的组分含量小于0.1、0.09或0.08wt％，基于聚合热熔性压敏粘合剂的重量。

本发明提供了包含导热填料和聚合热熔性压敏粘合剂(PSA)聚合物泡沫(或泡沫薄膜)的泡沫热界面材料(泡沫TIMs)，其希望基本上没有或没有低聚物或低分子量聚合物，除了PSA聚合产生的残留物，(即，数均分子量＜25000)，N-叔丁基丙烯酰胺、有机溶剂、加入的自由基引发剂和交联剂。发泡薄膜也可包括一种或多种能够在加热时进一步膨胀的聚合物微球。泡沫薄膜的外表面可基本上光滑，或其可为有图案的，且提供的泡沫薄膜可为不同结构中的任一种，包括片状、棒状或柱面形。外表面的至少一部分可作为薄膜、粘合剂层等的基材，从而提供任何不同的带材/TIM。根据下述测试方法测试，本发明TIMs的泡沫薄膜含至少约5％的空隙体积。

本发明TIM所需特性包括下列一种或多种：(1)整体导热率至少约0.5瓦/米-K；(2)Shore A硬度小于约60；(3)当根据如下所述试验方法测试时，在22℃或70℃下的静剪切强度至少约10000分钟；和(4)当TIM包含粘弹性微纤维时，至少约150％TIM屈服强度的拉伸断裂强度伸长率大于约200％，并且延长100％后小于约50％回复，当TIM包含弹性微纤维时，TIM伸长率大于约200％，延长100％后大于约50％回复。包含连续粘合剂膜和/或任选施加至泡沫PSA膜表面的表面粘合剂层(一个或多个)的泡沫TIMs当施加至板条时可以具有高粘性，例如90度剥离强度大于约0.0438kN/m(4oz/in)，其它实施方案中，大于约0.176kN/m，或大于约0.352kN/m。

可用于本发明的聚合热熔性压敏粘合剂具有大于25000的数均分子量；其它实施方案中，数均分子量大于100000、和更特别地数均分子量大于200000、或甚至更特别地数均分子量大于400000(根据Introduction to Physical Polymer Science中的定义，第1章，第6页，L.H.Sperling ISBN 0-471-89092-8)。聚合热熔性压敏粘合剂可以选自任何多种聚合材料，例如橡胶、弹性体、热塑性聚氨酯、热塑性弹性体、聚α-烯烃类、合成橡胶、丙烯酸酯聚合物和甲基丙烯酸酯聚合物、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯共聚物，以及上述的组合物。任选的导热粘合剂层可以是压敏粘合剂，例如丙烯酸粘合剂、聚α-烯烃粘合剂、橡胶基粘合剂、硅氧烷粘合剂、橡胶基粘合剂和丙烯酸粘合剂的共混物、以及其组合物。同样地，任选的导热粘合剂层可以是热活化粘合剂。连续的泡沫薄膜和/或任选的导热粘合剂层可以具有单个基本上连续的聚合微纤维，并以加工方向取向，其中微纤维赋予制品拉伸脱模性能。此外，连续薄膜和/或任选的导热粘合剂层可以包含阻燃剂。

图1中展示了本发明泡沫TIM的一个实例。泡沫TIM 10包含泡沫薄膜11，其具有第一表面12和与第一表面12相对的第二表面(没有显示)。根据本发明，至少一种导热填料15分散在整个聚合粘合剂基体16中。泡沫薄膜11包括聚合物粘合剂基体16，其具有多个分散在基质中的空隙14。空隙14由制备薄膜11过程中所用的发泡法产生，可通过使用例如发泡剂、或通过其中包括可发性聚合微球或其结合而产生。若在泡沫薄膜11的制备中包含可发性微球，那么空隙14通常包含膨胀且未破裂形式的聚合物微球，并提供至少5％的空隙体积。

可以理解其它层和/或结构可以施加或附着至泡沫薄膜11的第一表面12。在其它层或结构与表面12结合时，可以首先施加导热表面粘合剂层至第一表面12，以粘结附加层或结构至表面12。同样地，提供的泡沫薄膜11可为在与第一表面12相对的表面上具有另一粘合剂层的双面带材TIM，特别是导热粘合剂层。脱模衬底等可以在泡沫薄膜11的一个或两个表面上结合导热表面粘合剂(一种或多种)。

图2中展示了本发明另一个实施方案。TIM 100是泡沫薄膜101的形式，其具有第一表面102和与第一表面相对的第二表面(没有显示)。根据本发明该实施方案，泡沫TIM 100包括泡沫薄膜101，其包括至少一种导热填料105、多个空隙104和单独基本上连续的粘弹性和/或弹性微纤维108，其中微纤维108分散到整个聚合粘合剂基体106中，并以加工方向取向。微纤维108通常在TIM制备过程中原位形成，并在加工方向取项。可以理解其它层和/或结构可以施加或附着至泡沫薄膜101的表面102。

可用于本发明的聚合热熔性压敏粘合剂(在与导热填料混合之前)具有大于25000的数均分子量，并在室温(约22℃)下发粘。压敏粘合剂(PSAs)是一种独特的粘合剂类别，其干燥(无溶剂的)形式在室温下永久地发粘。仅通过接触，只需要指压或手压它们便稳固地粘着多种不同的表面。压敏粘合剂不须用水、溶剂或热活化产生相对强的粘合剂保持力。可以使用″Dahlquist标准″定量描述PSAs，该标准使这些材料的弹性模量在室温下保持小于10⁶达因/cm²。参见Pocius，A.V.，Adhesion & Adhesives：An Introduction，Hanser Publishers，New York，NY，First Edition，1997。本发明泡沫可以包含一种或更多种压敏粘合剂(PSA)。需要使用具有不同组成的两种或更多种PSA聚合物，以获得独特的性能。通过有选择地挑选PSA组分类型和浓度，可以获得大范围的物理性能。可以基于最终制品所需的性能，选择特定的聚合物。

热熔性压敏粘合剂可以是任何多种不同的聚合物材料，包括弹性体、橡胶、热塑性弹性体、聚α-烯烃粘合剂、丙烯酸粘合剂和其共混物。通常，聚合物树脂类型适用于熔融挤出加工，如描述于例如美国专利No 6,103,152。需要共混两种或更多种具有化学上不同组成的聚合物。可通过改变用来产生泡沫所用的组分类型或通过改变它们的相对浓度来优化泡沫的物理性质。通常根据最终热界面材料的所需性能来选择或挑选选具体的热熔性PSA。认识到用于制备热熔性PSA的聚合物材料可以包含剩余量自由基引发剂、低聚物或低分子量聚合物(数均分子量＜25000)或有机溶剂。

用于制备有用热熔性压敏粘合剂的合适材料包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物或共聚物。形成该聚合物可以通过聚合50至100重量份的一种或更多种非叔烷基醇的单体丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，该烷基具有1至20个碳原子(例如3至18个碳原子)。合适的丙烯酸酯单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯酸环已酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸十八烷酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸异冰片酯和丙烯酸十二烷酯。此外有用的是芳香丙烯酸酯，例如丙烯酸苄酯和丙烯酸环苄酯。一些应用中，需要使用小于50重量份的单体丙烯酸或甲基丙烯酸酯。任选，可以聚合约0至50份一种或更多种单烯属不饱和共聚单体与丙烯酸酯单体。一类有用的共聚单体包括均聚物玻璃化转变温度大于丙烯酸酯均聚物玻璃化转变温度的那些。这类合适的共聚单体的实例包括丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、取代的丙烯酰胺如N，N-二甲基丙烯酰胺、衣康酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯腈、醋酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、异冰片基丙烯酸酯、氰基丙烯酸乙酯、N-乙烯基己内酰胺、马来酸酐、羟基烷基丙烯酸酯、N，N-二甲基氨乙基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二乙基丙烯酰胺、β-羧乙基丙烯酸酯，新癸酸、新壬酸、新戊酸、2-乙基己酸或丙酸的乙烯基酯(例如，可从UnionCarbide Corp.of Danbury，CT，以商品名VYNATES获得)，偏二氯乙烯、苯乙烯、乙烯基甲苯和烷基乙烯基醚。

第二类有用的共聚单体包括均聚物玻璃化转变温度低于丙烯酸酯均聚物玻璃化转变温度的那些。这类合适的共聚单体的例子包括乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(Tg＝-71℃)和聚乙二醇甲醚400丙烯酸酯(Tg＝-65℃，可从Shin Nakamura Chemical Co.，Ltd.，以商品名NK EsterAM-90G获得)。

另一类用于本发明的聚合物包括从非可光聚合单体制备的压敏和热熔性粘合剂。该聚合物可以是粘合剂聚合物(也就是说，聚合物为固有的粘合剂)，或聚合物不是固有的粘合剂，但是当与增粘剂混合时能够形成粘合剂组分。具体实例包括聚氨酯、聚α-烯烃(例如，聚辛烯、聚己烯和无规聚丙烯)、嵌段共聚物基粘合剂、天然和合成橡胶、硅氧烷粘合剂、乙烯-醋酸乙烯酯、和含环氧的结构粘合剂共混物(例如，环氧丙烯酸酯和环氧聚酯共混物)和其组合物。

在有些情况下，需要热界面材料具有高的使用温度(也就是说，直至或高于70℃)。这可以用几种已知的方法实现。例如，可以用电子束、γ辐射等辐照交联丙烯酸基粘合剂。嵌段共聚物基粘合剂可通过加入聚苯醚(PPO)或端基封闭增强树脂至所述嵌段共聚物来改善其高温性能，例如，描述于美国专利No 6,277,488。

许多导热填料适用于本发明粘合剂。导热填料选自多种材料，其根据ASTM D1530测量整体传导率为约5至1000瓦/米-K。合适的导热填料实例包括但不限于氧化铝、氧化铍、氧化锆、钛酸铝、碳化硅、碳化硼、四氮化三硅、氢氧化铝、氢氧化镁、二氧化钛、氮化铝、氮化硼、一氮化钛等、和其组合物。发现这些填料具有多种形状/形式(球形、薄片、成团、晶体、针状、热解的)。形状的选择取决于选择粘合剂的流变能力和最终热融性PSA/粒子混合物的加工容易程度。填料可以多种晶体类型(例如，六角形和斜方形氮化硼)得到，选择的晶体类型将取决于晶体的热传导率(包括沿不同晶轴导热率的各向异性)、晶体类型对最终机械性能和成本的影响。

粒度和分布影响机械和粘合剂性质，因此粒径选择应该适应最终的粘合性要求。其它实施方案中，选择填料的粒度(或填料混合物)和颗粒载荷，以产生合适的导热性，同时保留适当的机械性质。

通常，有用导热填料的平均粒度为0.5微米(μm)至250μm。其它实施方案中，导热填料的平均粒度可为1至100μm，和10至70μm。颗粒平均粒度可以为0.5至250μm，并且可以是0.5至250μm的任何平均粒度。粘合剂可以包含导热填料，其可以桥接粘合剂和/或热界面基体，并暴露基体至随其尺寸而增加的程度。因此，压敏粘合剂内部包含颗粒，并改善热源基材和导热制品例如散热器制品之间通路的导热性。这些颗粒具有足够的尺寸，以接近或接触散热器制品基体，使得在散热器制品投入运行之前或之后，粒子压入或压到制品表面上。一般地，将这些颗粒的尺寸增加至与粘合剂相同的厚度将增加热源基材和导热制品之间的热传导率。

粒径的选择取决于应用。例如，当粘合剂层为25至100μm(例如中央处理单元(CPU)和散热器之间)时，主要尺寸至少约1-2μm且约30μm或以下的颗粒是合适的，其它实施方案中为约5至20μm。当热和冷基材之间存在较大缝隙的情况下，使用大于约20至30μm、例如50至250μm的颗粒。此外，可以使用不同粒度材料的组合物。导热填料粒度越大使得整体传导率越高。当至少一些选择的颗粒能够在散热器制品连接期间塑性变形时，这些颗粒尺寸可以甚至大于上述尺寸。颗粒尺寸的混合可以导致改善的装填密度，其改善得到的导热率。不同的导热填料组合物已经显示出在降低成本的条件下提供相等的热性能，通过用价格较低的填料(例如碳化硅)取代一部分昂贵的填料(例如，氮化硼)。导热填料通常具有沿着多个晶体平面的各向异性导热性，因此通过已知方法填料取向可用于增强热性能。

导热填料可以组合物总量的至少25wt％存在于本发明粘合剂组合物中。本发明的其它实施方案中，导热填料存在量至少约30wt％、至少约40wt％，本发明的一些实施方案中，至少约50wt％。其它实施方案中，导热填料可以25至80wt％、30至80wt％、40至80wt％、50至80wt％、或25至80wt％的任何范围存在于本发明粘合剂共混物中。

结合其它层或结构与表面102中，可以首先施加导热表面粘合剂层至第一表面102，以粘结附加层或结构至表面102。同样地，可以双面带材提供TIM 100，其在与第一表面102相对的表面上具有另一个粘合剂层，特别是导热粘合剂层。脱模衬底等可以在薄膜101的一个或两个表面上结合表面粘合剂(一种或多种)。

图3描述了本发明的另一个实施方案，其中在薄膜201的一个表面202上提供导热表面粘合剂层220的TIM 200包含导热颗粒204和聚合粘合剂206的共混物。表面粘合剂层220可以包含任何多种在这里进一步描述的粘合剂材料和导热填料。通常根据预定应用或使用的粘合性能选择表面粘合剂层220中使用的粘合剂220。通常，表面粘合剂层220是导热压敏粘合剂，通常其中没有配制阻燃材料。在施加表面粘合剂层220至另一种基材等之前，可以任选包括脱模衬底(没有显示)，以保护表面粘合剂层220。

可用于本发明的热熔性压敏粘合剂(在与导热填料混合之前)具有大于25000的数均分子量，并在室温(约22℃)下发粘。压敏粘合剂(PSAs)是一种独特的粘合剂类别，其干燥(无溶剂的)形式在室温下永久地发粘。仅通过接触，只需要指压或手压它们便稳固地粘附至多种不同的表面。压敏粘合剂不须用水、溶剂或热活化产生相对强的粘合剂保持力。可以使用″Dahlquist标准″定量描述PSAs，该标准使这些材料的弹性模量在室温下保持小于10⁶达因/cm²。参见Pocius，A.V.，Adhesion& Adhesives：An Introduction，Hanser Publishers，New York，NY，FirstEdition，1997。本发明聚合物基体可以包含一种或更多种压敏粘合剂(PSA)。合乎需要的是使用具有不同组成的两种或更多种PSA聚合物，以获得独特的性能。通过有选择地挑选PSA组分类型和浓度，可以获得大范围的物理性能。可以基于最终制品所需的性能，选择特定的聚合物。

热熔性压敏粘合剂可以是任何多种不同的聚合物材料，包括弹性体、橡胶、热塑性弹性体、聚α-烯烃聚合物、丙烯酸聚合物和其共混物。通常，聚合物材料类型适用于熔融挤出加工，如描述于例如美国专利No 6,103,152。合乎需要的是共混两种或更多种具有化学上不同组成的聚合物。通常基于最终TIM所需的性能选择或挑选特定的聚合物。认识到用于制备热熔性PSA的聚合物材料可以包含剩余量自由基引发剂、低聚物或低分子量聚合物(＜25000数均分子量)、N-叔丁基丙烯酰胺或有机溶剂。

用于制备有用的热熔性压敏粘合剂的合适材料包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物或共聚物。形成该聚合物可以通过聚合50至100重量份的一种或更多种非叔烷基醇的单体丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，该烷基具有1至20个碳原子(例如3至18个碳原子)。合适的丙烯酸酯单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯酸环已酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸十八烷酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸异冰片酯和丙烯酸十二烷酯。此外有用的是芳香丙烯酸酯，例如丙烯酸苄酯和丙烯酸环苄酯。一些应用中，合乎需要的是使用小于50重量份的单体丙烯酸或甲基丙烯酸酯。任选，可以聚合约0至50份一种或更多种单烯属不饱和共聚单体与丙烯酸酯单体。一类有用的共聚单体包括均聚物玻璃化转变温度大于丙烯酸酯均聚物玻璃化转变温度的那些。这类合适的共聚单体的实例包括丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、取代的丙烯酰胺如N，N-二甲基丙烯酰胺、衣康酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯腈、醋酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、异冰片基丙烯酸酯、氰基丙烯酸乙酯、N-乙烯基己内酰胺、马来酸酐、羟基烷基丙烯酸酯、N，N-二甲基氨乙基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二乙基丙烯酰胺、β-羧乙基丙烯酸酯，新癸酸、新壬酸、新戊酸、2-乙基己酸或丙酸的乙烯基酯(例如，可从Union Carbide Corp.of Danbury，CT，以商品名VYNATES获得)，偏二氯乙烯、苯乙烯、乙烯基甲苯和烷基乙烯基醚。

第二类有用的共聚单体包括均聚物玻璃化转变温度低于丙烯酸酯均聚物玻璃化转变温度的那些。这类合适的共聚单体包括乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(Tg＝-71℃)和聚乙二醇甲醚400丙烯酸酯(Tg＝-65℃，可从Shin Nakamura Chemical Co.，Ltd.，以商品名NK Ester AM-90G获得)。

另一类用于本发明的聚合物包括从非可光聚合单体制备的压敏和热熔性粘合剂。该聚合物可以是粘合剂聚合物(也就是说，聚合物为固有的粘合剂)，或聚合物不是固有的粘合剂，但是当与增粘剂混合时能够形成粘合剂组分。具体实例包括聚氨酯、聚α-烯烃(例如，聚辛烯、聚己烯和无规聚丙烯)、嵌段共聚物基粘合剂(SBR、SIS、SBS、SEBS)、天然和合成橡胶、硅氧烷粘合剂、乙烯-醋酸乙烯酯、和含环氧的结构粘合剂共混物(例如，环氧丙烯酸酯和环氧聚酯共混物)和其组合物。

在有些情况下，合乎需要的是热界面材料具有高的使用温度(也就是说，直至或高于70℃)。这可以用几种已知的方法实现。例如，可以用电子束、γ辐射等辐照交联丙烯酸基粘合剂。在有些情况下，合乎需要的是首先暴露挤出物至电子束，随后暴露至γ辐射。嵌段共聚物基热界面材料可通过加入聚苯醚(PPO)或端基封闭增强树脂至如下所述嵌段共聚物来改善其高温性能，例如，描述于美国专利No 6,277,488。

许多导热填料适用于本发明粘合剂。导热填料选自多种材料，其根据ASTM D1530测量整体传导率为约5至1000瓦/米-K。合适的导热填料实例包括但不限于氧化铝、氧化铍、氧化锆、钛酸铝、碳化硅、碳化硼、氢氧化铝、氢氧化镁、二氧化钛、氮化铝、四氮化三硅、氮化硼、一氮化钛等、和其组合物。发现这些填料具有多种形状/形式(球形、薄片、成团、晶体、针状、热解的)。形状的选择取决于选择粘合剂的流变能力和加工挤出物的容易程度。填料可以多种晶体类型(例如，六角形和斜方形氮化硼)得到，选择的晶体类型将取决于晶体的热传导率(包括沿不同晶轴导热率的各向异性)、晶体类型对最终机械性能和成本的影响。

粒度和分布影响导热率、机械和粘合剂性质，因此粒径选择应该适应最终的粘合性要求。其它实施方案中，选择填料的粒度(或填料混合物)和颗粒载荷，以产生合适的导热性，同时保留适当的机械和粘合剂性质。

通常，有用的导热填料的平均粒度为0.5微米(μm)至250μm。其它实施方案中，导热填料的平均粒度可为1至100μm，和10至70μm。颗粒平均粒度可以为0.5至250μm，并且可以是0.5至250μm的任何平均粒度。粘合剂可以包含导热填料，其可以桥接粘合剂和/或热界面基体，并通过将基体暴露至随其尺寸而增加的程度。因此，压敏粘合剂内部包含颗粒，并改善热源基材和导热制品例如散热器制品之间通路的导热性。这些颗粒具有足够的尺寸，以接近或接触散热器制品基体，使得在散热器制品投入运行之前或之后，粒子压入或压到制品表面上。一般地，将这些颗粒的尺寸增加至与粘合剂相同的厚度将增加热源基材和导热制品之间的热传导率。

粒径的选择取决于应用。例如，当粘合层为25至100μm(例如中央处理单元(CPU)和散热器之间)时，主要尺寸至少约1-2μm且约30μm或以下的颗粒是合适的，其它实施方案中为约5至20μm。当热和冷基材之间存在较大缝隙的情况下，使用大于约20至30μm、例如50至250μm的颗粒。此外，可以使用不同粒度材料的组合物。导热填料粒度越大使得整体传导率越高。当至少一些选择的颗粒能够在散热器制品连接期间塑性变形时，这些颗粒尺寸可以甚至大于上述尺寸。颗粒尺寸的混合可以导致改善的装填密度，其改善得到的导热率。不同的导热填料组合物已经显示出在降低成本的条件下提供相等的热性能，通过用价格较低的填料(例如碳化硅)取代一部分昂贵的填料(例如，氮化硼)。导热填料通常具有沿着多个晶体平面的各向异性导热性，因此通过已知方法填料取向可用于增强热性能。

导热粒子可以总组合物量的至少25wt％存在于本发明粘合剂组合物中。本发明的其它实施方案中，导热填料存在量为粘合剂共混物的至少约30wt％、至少约40wt％，本发明的一些实施方案中，至少约50wt％。其它实施方案中，导热填料可以25至80wt％、30至80wt％、40至80wt％、50至80wt％、或25至80wt％的任何范围存在于本发明粘合剂共混物中。

虽然基于TIM的最终性质(例如、硬度、顺应性、粘性和导热性)选择导热填料的最大量，但导热填料存在量一般小于约80wt％。

泡沫热界面材料的整体导热率至少约0.5W-m/K；在其他实施方式中，泡沫热界面材料的整体导热率至少约0.6W-m/K；和在其他实施方式中，至少约0.8W-m/K。

有用的泡沫粘合剂包括夹带气体/高压可注射气体；发泡剂，例如化学发泡剂和物理发泡剂；膨胀的或非膨胀的聚合泡沫；和其组合物。

高压可注射气体是在高于20.67Mpa(3000psi)压力下加到密封混合系统(例如密封的挤出机)中以使现有的密封系统产生泡沫的气体。高压可注射气体的实例包括氮气、空气、二氧化碳(CO₂)、和其他相容性气体，和其组合。

用于本发明的物理发泡剂是任何天然存在的大气物质，该物质在泡沫薄膜退出模头的温度和压力下蒸发。物理发泡剂可以气体、液体或超临界流体形式引入到聚合材料。物理发泡剂可被注射到挤出机系统中。在挤出机操作过程中存在条件下，物理发泡剂通常为超临界态。若使用物理发泡剂，优选其可溶于所用的聚合材料。所用的物理发泡剂取决于最终泡沫制品所需的性能。选择发泡剂时考虑的其他因素是其毒性、气压分布和操作的难易度。可使用发泡剂，例如戊烷、丁烷和其他有机材料，例如氢氟烃(HFC)和氢氯氟烃(HCFC)，但不可燃的、无毒且不消耗臭氧的发泡剂是优选的，因为它们易于使用，例如，更少的环境和安全问题。适当的物理发泡剂包括例如二氧化碳、氮气、SF₆、一氧化二氮、全氟化流体如C₂F₆、氩、氦、惰性气体如氙、空气(氮气和氧气混合物)、和这些物质的共混物、氢氟烃(HFC)、氢氯氟烃(HCFC)和氢氟醚(HFE)。

化学发泡剂不像物理发泡剂那样需要注射系统，且它们有利地用于任何挤出系统。化学发泡剂的实例包括水和偶氮-、碳酸酯-和酰肼-基分子，包括如4，4’-氧二(苯磺酰基)酰肼，例如CELOGEN OT(从Uniroyal Chemical Company，Inc.，Middlebury，CT)、4，4’-氧苯磺酰基氨基脲、对-甲苯磺酰基氨基脲、对-甲苯磺酰基酰肼、草酰肼、二苯基氧化物-4，4’-二硫代酰肼、苯硫代酰肼、偶氮二碳酰胺、偶氮二碳酰胺(1，1’-偶氮二硫代酰胺)、间位改性的偶氮碳化物、5-苯基四唑、5-苯基四唑类似物、亚肼基羧酸酯、二异丙基亚肼基二羧酸酯、偶氮二羧酸钡、5-苯基-3，6-二氢-1，3，4-氧杂二嗪-2-酮、硼氢化钠、偶氮二异丁腈、三肼基三嗪、金属的偶氮二羧酸盐、四唑化合物、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸盐化合物和聚碳酸的产品、和柠檬酸和碳酸氢钠的混合物、N，N’-二甲基-N，N’-二亚硝基-对苯二胺、N，N’-二亚硝基-五亚甲基四胺、和其组合物。已知碳化硅可从Washington Mills Electro MineralsCorp.，Niagara Falls，NY以商标名SILCARIDEG-21 Silicon CarbideGrade P240购买，其作为化学发泡剂以及导热填料。另外的化学发泡剂公开于Klempner，D.，Frisch，K.C.(editors)，Handbook of PolymericFoams and Foam Technology，Chapter 17，(Hansen，NY，1991)。

可使用一种以上的可发性聚合微球作为本发明泡沫导热薄膜中的发泡剂。可发性聚合微球包括聚合物芯，且芯材料为气体、液体或其组合的形式。通过加热至等于或低于聚合芯的熔融温度或流动温度，聚合物芯膨胀。适当芯材料的实例包括丙烷、丁烷、戊烷、异丁烷、新戊烷或类似材料和其组合。用于聚合物微球芯的热塑性树脂的性质能影响泡沫的机械性质，且泡沫的性质可通过选择微球、或通过使用不同类型的微球来调节。例如，当在低密度泡沫制品中需要高弹性和内聚强度时，含丙烯腈的树脂是有用的。特别是用在聚合物芯中丙烯腈的量为至少50wt.％树脂、通常至少60wt.％和通常至少70wt.％的情况。可用作芯的适当热塑性树脂的实例包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，例如聚丙烯酸酯；丙烯酸-丙烯腈共聚物；和甲基丙烯酸酯-丙烯酸共聚物。也可使用含偏二氯乙烯的聚合物，例如偏二氯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、偏二氯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-偏二氯乙烯-甲基丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物和丙烯腈-偏二氯乙烯-甲基丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物，但若希望高强度，则这些物质是不希望的。通常，当需要高强度时，微球芯具有不超过20wt.％的偏二氯乙烯，且通常不高于15wt.％偏二氯乙烯。高强度应用需要基本上没有偏二氯乙烯的微球。不含卤素的微球也可用于本发明泡沫。适当商业购买的可发性聚合微球包括从Pierce Stevens(Buffola，NY)以商品名F-30D、F-50D、F-80SD和F-100D购买。从Expancel，Inc.(Duluth，GA)以商品名EXPANCEL 551、EXPANCEL 461、EXPANCEL 091和EXPANCEL 092MB 120购买的可发性聚合微球也是适当的。可发性聚合微球的选择通常基于其膨胀温度和基于所用的导热填料。

选择发泡剂的量以提供空隙体积占泡沫薄膜体积的至少5％。通常，发泡剂浓度越高，泡沫薄膜的密度越低，导热性越低。即，空隙体积越高，泡沫薄膜的导热性越低。例如，聚合物树脂中微球的量通常为0.1重量份-10重量份(基于100份聚合物)，在其他实施方式中，为约0.5重量份-约5重量份，和在其他实施方式中，约0.5重量份-约2重量份。

根据本发明所述的测试方法测得泡沫TIM含至少约5％的空隙体积。在其它实施方式中，根据本发明所述的测试方法测得泡沫TIM含至少约10％的空隙体积。由于空隙会影响导热性，泡沫TIM通常含低于约75％的空隙体积、低于约60％的空隙体积或低于约50％的空隙体积。

某些应用中，可能需要和/或可能由应用规程要求阻燃剂特征。例如，电气或电子应用中使用的带材可以直接暴露至电流、暴露至短路、和/或暴露至伴随电子元件或电气装置使用时产生的热。因此，行业标准或规程可以对使用该带材的制品施加条件，要求进行资格测试，例如燃烧测试等。对于电气和电子应用，工业标准可燃性试验是Underwriters Laboratories(UL 94″设备和器械中部分塑性材料易燃性的测试标准″)。优选泡沫TIM达到UL 94 V-2可燃性等级，其它实施方案中将达到UL 94 V-0可燃性等级。

适用包括在本发明泡沫TIMs中的阻燃剂包括任何类型的阻燃剂，其通常以基于泡沫TIM总重量的约5wt％至约40wt％的浓度存在于薄膜中。阻燃剂可以是膨胀阻燃剂和/或非膨胀阻燃剂。通常，阻燃剂是不含卤素且没有锑的。用于此处描述的泡沫TIMs的合适阻燃剂实例包括可从Clariant Corporation of Charlotte，NC，以商品名EXOLIT商购的，包括名称为IFR 23、AP 750、基于有机亚磷化合物的EXOLIT OP等级材料、和EXOLIT RP等级红磷材料，非卤化阻燃剂，例如FIREBRAKE ZB和BORGARD ZB，以及FR 370(三(三溴新戊基)磷酸酯)，可从Dead Sea Bromine Group，Beer Shiva，Israel获得。也起导热填料作用的合适阻燃剂的实例包括氢氧化铝和氢氧化镁。

本发明泡沫TIMs中还可以使用一种或更多种阻燃剂和/或增效剂的共混物。由多种参数，例如所需应用的工业标准和泡沫薄膜聚合物基体的成分确定选择阻燃剂体系。另外，本发明的泡沫TIM还可包括消烟剂，例如从Sherwin-Williams Chemicals，Cleveland，OH以商品名Kemgard HPSS，911A，911B，911C购买的那些。

为了提供拉伸脱模性质并进一步增强本发明的泡沫TIMs，导热薄膜、导热性表面粘合剂或薄膜和表面粘合剂两者可包括微纤维形成材料，其在本发明描述的制备过程期间原位形成粘弹性和/或弹性微纤维。个体微纤维是单个基本上连续的，并分散在整个粘性聚合物基体中，并以薄膜加工方向取向。已经发现合适的微纤维包括根据未决美国专利公开No 02-0187294-A1的教导配制的那些。本发明泡沫TIMs中，单个微纤维在加工方向至少约0.5厘米(cm)未破损；其它实施方案中，至少约2cm、约5cm、或约8cm。另一个方面中，基本上连续的微纤维通常具有0.05至5微米的最大直径、通常0.1至1微米，且基本上连续微纤维的长宽比(即长度与直径的比例)大于约1000。

除了上面排除的材料外，泡沫TIM还可以包括许多其它添加剂。合适的添加剂实例包括增粘剂(例如松香酯、萜烯、苯酚和脂肪族、芳香族或脂肪族和芳香族合成烃类树脂的混合物)、颜料、增强剂、疏水性或亲水性二氧化硅、碳酸钙、增韧剂、纤维、填料、抗氧化剂、稳定剂和其组合物。上述附加试剂和成分通常以足够量加入，以获得具有所需最终性质、特别是粘合剂性质的制品。对于良好的顺应性和表面接触，优选TIM具有小于约60 Shore A的硬度。

本发明的其它实施方案包括带材和转移带材。有用的背衬材料是导热的。该背衬材料可以是固有导热的，或可以包含添加剂(一种或多种)，例如如上在“导热填料”段中所述的那些，以赋予导热性。合适的背衬材料实例包括纤维素材料，例如纸和布料(纺织和非纺织物)；薄膜，例如聚酯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚丙烯和尼龙；导热泡沫材料，例如聚乙烯泡沫和聚丙烯酸泡沫；麻布；和金属箔，例如铝箔。另一个实施方案中，背衬材料可为脱模衬底。在该实施方式中，背衬底不需要是导热的。脱模衬底可以用脱模涂料涂布在一面或两面上。背衬还可为多层形式。

借助于一些粘附方式、例如粘合剂，通过层压聚合物或非聚合物层成为泡沫薄膜、或当泡沫薄膜从它们各自的成型孔口出来时通过层压挤出泡沫薄膜可制备多层泡沫TIMs。可以使用的其它技术包括挤出涂布，并包括共挤出，其描述于例如美国专利No 5,429,856。

图3描述了另一种TIM 200，其中在泡沫薄膜201的一个表面202上提供导热表面粘合剂层220。泡沫薄膜TIM 201包含具有多个空隙204的聚合物粘合剂基体206和分散在基体中的导热颗粒205。表面粘合剂层220可以包含任何多种在这里进一步描述的粘合剂材料和导热填料。通常，表面粘合剂层220是导热压敏粘合剂，其中没有配制阻燃材料。在施加表面粘合剂220至另一种基材等之前，可以任选包括脱模衬底(没有显示)，以保护表面粘合剂层220。

按照本发明的主题，上述导热表面粘合剂层可以结合泡沫薄膜，通过例如共挤出含发泡剂的可挤出组合物和含一种或更多种可挤出的粘合剂组合物，如以下更详细的描述。通常配制和/或选择没有阻燃剂的导热粘合剂组合物，以提供粘合剂制品，例如带材，其中连续泡沫薄膜形成用于带材的基材。可以施加粘合剂至连续泡沫薄膜的部分表面(例如，在其一个主要的表面上)，留下泡沫薄膜的部分表面(第二主要的表面)作为基材，以支撑附加层或结构。还可以层压表面粘合剂至泡沫薄膜表面，或在表面粘合剂施加至脱模衬底后，可直接挤出或涂布泡沫薄膜到表面粘合剂层上。表面粘合剂层可以采用多个粘合剂层。通常，表面粘合剂层导热填料的浓度低于泡沫薄膜的导热填料浓度，使得粘附最大化。通常，随着导热填料的量增加，粘附性降低。

参考图4，展示了挤出过程300，用于制备本发明的泡沫TIM。根据本发明方法，将热融性压敏粘合剂聚合物给料至第一挤出机310(通常为单螺杆挤出机)，以软化并混合聚合物成为适于挤出的形式。得到的聚合物将用于形成泡沫薄膜的聚合物基体。聚合物可以任何方便的形式，例如颗粒、胶粒、堆积、股状、袋状和绳状加到挤出机310中。

下面，进料导热填料(当存在时)、增粘性树脂、阻燃剂、微纤维形成材料和其它添加剂(除了可发性微球，如果存在)至第二挤出机312(例如通常为双螺杆挤出机)。热熔性PSA聚合物可以直接从挤出机310通过第一端口311进料至第二挤出机312。可以将导热填料和其它添加剂进料至任何端口，并通常在入口313进料至第二挤出机312，该入口313通常位于挤出机312的混合/分散段之前。一旦结合，在挤出机312中较好地混合热融性PSA聚合物和添加剂。选择成分加入的次序和混合条件(例如螺杆速度、螺旋长度和温度)，以获得最佳混合。通常，当这类微球存在时，混合应在低于膨胀微球所需的阈值温度下进行。但是，可使用高于微球膨胀温度的温度，该情况下温度通常在混合后和在微球加入到挤出机312之前下降。应该认识到如果以适于挤出的形式提供热熔性PSA聚合物，可以省略第一挤出步骤，且聚合物直接加入至挤出机312。当加入大量导热填料时，需要通过多个加入端口(也就是说分路进料，没有显示)加入填料至挤出机，通过端口309用真空除去留存空气。通常，空隙体积可由留存空气、化学发泡剂、物理发泡剂和微球形成。

可发性聚合微球可加到第二挤出机312中，通常在紧接挤出机312输送区前下游入口313的分离区。一旦加入，在输送区熔融混合导热填料、可发性聚合微球、热融性PSA聚合物和任选的阻燃剂和/或微纤维形成材料，以形成可挤出的可发性组合物。熔融-混合步骤的目的是制备可挤出的可发性组合物，其中导热填料、微球和其它添加剂(如果存在)分散在整个熔融聚合物中。尽管也可以使用捏合元件，但熔融混合操作通常使用入口313下游侧的一个传输段，以获得充分混合。选择熔融-混合过程中使用的温度、压力、剪切速度和混合时间，以制备可挤出的可发性组合物，而不会导致微球膨胀或破裂。基于要加工的特定化学成分，选择具体的加入次序、区域温度、压力、剪切速率和混合时间，选择这些条件在本领域技术人员可实现的范围内。

熔融-混合后，使用齿轮泵316计量可挤出的可发性组合物，通过转移管318进入挤出模头314(例如接触模(contace die)或冲模)。多层模头314内部温度保持在与转移管318内部基本上相同的温度。模头314内的温度等于或高于导致可发性微球膨胀的温度。尽管在图4中挤出模头314以多层模头形式给出，但可以理解模头314可为单层模头。转移管318内部温度也可等于或高于引发微球膨胀所需的阈值温度，但转移管318内部的压力通常足够高，以防止它们在管318留存期间膨胀。模头314内部体积大于管318的内部体积，使得从管318流入模头314的材料发生压降至低于转移管318内部的压力。当可挤出的可发性组合物进入模头314时，压力下降和模头314内的热会导致聚合性微球开始膨胀。随着微球开始膨胀，可挤出的可发性组合物形成泡沫。大部分微球膨胀通常发生在微球从模头314出来之前。模头314内部的压力将随可挤出的可发性组合物接近模头314的出口315继续降低。压力的连续下降使得模头内的微球进一步膨胀。保持聚合物通过挤出机312和模头314的流速，以保持模腔中压力足够低，以促进可发性微球的膨胀在可发性聚合物组合物从模头314出来之前膨胀。可以选择或改变模头314的形状，以提供泡沫TIM所需的形状。可以制备任何多种形状，包括连续或不连续的片材或薄膜。本领域的技术人员能够理解化学发泡剂等也可用于本发明泡沫的制备，代替可发性微球或与微球结合使用。

如果需求，可以使用压料辊317来增加一个或两个泡沫薄膜表面的平滑度，其中压料辊317压迫泡沫薄膜在制品从模头314出来后紧靠冷却辊319，或通过在泡沫薄膜表面的各面上使用平滑衬底并使复合制品通过辊夹。表面(一个或多个)的平滑度有益于良好的表面接触和粘附。也可通过在其从模头314出来后使泡沫与压花辊接触、或通过使用压花或微结构衬底在泡沫薄膜的一个或两个表面上压印花样，例如在美国专利No.6,197,397 B1中所述的内容。

对于好的导热性，特别是当粘合具有较大附着面积的刚性基材时，需要在泡沫TIM和基材之间不留存空气。不接触或不粘结的区域不导热，并降低泡沫TIM的整体导热性。压花泡沫TIM有助于空气溢出，并得到改进的粘附剂接触。相对于非泡沫TIM，泡沫TIM改进的柔软性和顺应性也有助于改善粘附剂接触。

挤出方法也可用于制备具有不同密度区域的压花泡沫薄膜。例如，在薄膜从模头314出来位置(图4)的下游，薄膜可选择性加热，例如，使用压花辊或红外线屏蔽，以产生泡沫薄膜设计区域内微球有区别的或局部膨胀。

在要求改善粘合剂性质的应用中，导热泡沫薄膜结合一个或更多表面粘合剂层；其它实施方案中，施加一个或更多导热表面粘合剂层至泡沫薄膜的外表面。表面粘合剂层的厚度通常是0.025mm(1mils)至0.125mm(5mils)；其它实施方案中，0.025mm(1mils)至0.076mm(3mils)。图4显示了该共挤出方法。通过加入粘合剂聚合物至挤出机330(例如单螺杆挤出机)将用于表面粘合剂层的粘合剂引入体系，其中在进料至第二挤出机332(例如，通常为双螺杆挤出机)之前软化聚合物，在第二挤出机332中混合聚合物与导热填料和其它添加剂，如果存在的话。添加剂，通常PSA加工通过系统，以使得到的泡沫TIM具有表面层，该表面层例如可用作带材。对于该应用，配制导热表面粘合剂，没有加入其它减低粘合剂粘性或胶粘性的添加剂。

尽管粘合剂配方中通常不包含阻燃材料，但粘合剂内也可以包括少量的阻燃剂，其浓度有效赋予粘合剂阻燃性质，同时没有明显减低粘合剂的粘性。具体地，需要在非常薄(即，＜0.635mm(＜0.025英寸))的导热阻燃泡沫TIM中加入少量阻燃剂至表面粘合剂。加入至表面粘合剂的阻燃剂量不大于表面粘合剂总重量的约30wt％，不大于约20wt％，不大于约10wt％，和不大于约5wt％。

使用齿轮泵336从挤出机332计量易成型的或可挤出的粘合剂组合物，通过转移管334至模头314的适当腔室。共挤出粘合剂和泡沫通过模头314上的出口315，以直接施加粘合剂至泡沫薄膜的外表面。如果提供具有两个主要外表面的泡沫薄膜，可以施加粘合剂至泡沫薄膜的一个或两个主要外表面上。用粘合剂涂布制品的共挤出方法是本领域技术人员已知的，不必在这里进一步解释。其它方法可以用于施加粘合剂，例如直接涂布、喷涂、图案涂饰法、层压法等。

如果施加表面粘合剂至两个主要的外部泡沫薄膜表面，得到的泡沫TIM是三层制品，特征在于泡沫薄膜芯在泡沫薄膜的各个主要表面上具有表面粘合剂层。对于三层A/B/C结构(表面粘合剂A/泡沫B/表面粘合剂C)，可以采用另一个挤出机和相关设备，以施加另一种导热表面粘合剂至泡沫的其它主要表面。该结构中，可以粘附泡沫TIM的主要表面至任何多种表面，用于需要和/或要求泡沫TIM导热性质的应用。此外，表面粘合剂层中不含阻燃剂使得导热泡沫薄膜粘附至表面或基材，由使用的特定表面粘合剂提供最大的粘合程度。

合适的用于本发明制品的表面粘合剂包括这样的任何粘合剂，其提供可接受的与多种极性和/或非极性基材的粘性。压敏粘合剂是通常可接受的。合适的压敏粘合剂包括基于丙烯酸聚合物、聚氨酯、热塑性弹性体，例如可以商品名KRATON商购的(例如，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯和其组合物)和其它嵌段共聚物，聚烯烃例如聚α-烯烃和无定形聚烯烃、硅氧烷、橡胶基粘合剂(包括天然橡胶、聚异戊二烯、聚异丁烯、丁基橡胶等)，以及这些粘合剂的组合物或共混物。导热表面粘合剂可以包含增粘剂、增塑剂、流变性改性剂、填料、纤维、交联剂、抗氧化剂、染料、着色剂、以及活性成分，例如抗菌剂。

已知可用作本发明中的PSA类别是例如描述于美国专利No RE24,906的丙烯酸酯共聚物，特别是共聚物包括重量比90∶10至98∶2丙烯酸异辛酯∶丙烯酸共聚物。此外可接受的共聚物包括重量比90∶10至98∶2丙烯酸2-乙基己基酯：丙烯酸共聚物，和65∶35丙烯酸2-乙基己基酯：丙烯酸异冰片酯共聚物。有用的粘合剂描述于例如美国专利No 5,804,610和5,932,298。在粘合剂中也可包括抗菌剂，例如描述于美国专利No 4,310,509和4,323,557。还可以使用丙烯酸粘合剂和橡胶基粘合剂的共混物，例如描述于WO 01/57152。

可以施加脱模衬底320至设置在泡沫的一个或两个主要表面上的导热表面粘合剂层。可以从送料辊322分配衬底320。用于衬底320的合适材料包括硅氧烷脱模衬底、脱模涂布的聚酯薄膜(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜)，和聚烯烃薄膜(例如聚乙烯薄膜)。然后在夹辊324间将衬底和泡沫层压到一起。

可以将任选的脱模衬底340加到泡沫的相对表面，通过放置任选的第二送料辊342靠近夹辊324中的一个。第二脱模衬底340可以与脱模衬底320相同或不同。此外，提供的第二脱模衬底340可具有涂覆或施加至脱模衬底340一个表面的导热粘合剂。用这样的方式，可以施加第二导热表面粘合剂层(没有显示)至泡沫材料的第二主要表面。第二导热表面粘合剂层可以与上述共挤出粘合剂相同或不同。通常，导热表面粘合剂层可包含导热压敏粘合剂。也可提供导热粘合剂涂覆或施加至其一个表面的脱模衬底320、340。

上述方法和使用设备的变化是本领域的技术人员已知的，本发明不限于此处图4描述的装置。

制备多层薄膜泡沫TIM的其它方法在本发明范围内。例如，可以进行上述共挤出过程，通过装备有适当供料段的单层模头或通过使用多前驱或多歧管模头，制备一层或双层TIM，或制备具有三层或更多层(例如10-100层或更多层)的TIMs。此外可以制备多层TIMs，通过层压附加层(例如，聚合物层、金属、金属箔、麻布、纸、布、涂覆在脱模衬底上的粘合剂)至泡沫薄膜，或在制品从模头314出来后层压至任何共挤出的聚合物层。其它可以使用的技术包括图案涂饰法。本发明TIM中的导热泡沫薄膜可以是厚的，即，大于或等于0.25mm(0.010英寸)或薄的(即，＜0.25mm(0.010英寸))。

层压后，泡沫TIM任选暴露至来自电子束辐射源326的辐射，以交联泡沫TIM获得改善的内聚强度。也可以使用其它辐射源(例如，离子束和γ辐照)，只要辐射能量足够穿透泡沫TIM的厚度，以引发并充分交联整个厚度的泡沫TIM。电子束辐照后，可将任选的第二脱模衬底340卷到卷取辊329上，并将层压品卷到卷取辊328上。对于泡沫TIM，辐照必需通过薄膜的两个主要表面，以充分穿透材料，诱发更彻底的交联。替代地，卷绕成卷后可以γ辐照TIM。

通常用脱模剂例如含氟化合物或硅氧烷涂布脱模衬底。例如，美国专利No 4,472,480描述了低表面能全氟化合物衬底。合适的脱模衬底包括纸、聚烯烃薄膜或用硅氧烷脱模材料涂布的聚酯薄膜。当与丙烯基压敏粘合剂一起使用时，聚烯烃薄膜可以不需要脱模涂层。可商购的硅氧烷涂布脱模衬底实例是POLYSLIK^TM硅氧烷脱模纸(可从James River Co.获得，H.P.Smith Division，Bedford Park，IL)和由DCP-Lohja(Dixon，IL)现在称为Loparex，Inc.(Willowbrook，IL)提供的硅氧烷脱模纸。特定的脱模衬底已知为商品名1-60BKG-157，具有水基硅氧烷脱模表面的高级日历牛皮纸，可从DCP-Lohja获得。其它类型电子束稳定的无杂质脱模衬底也可用于本发明，例如描述于未决美国专利公开号02-0155243-A1中的那些，已转让给本申请的受让人。

本发明的泡沫TIMs可以用于多种应用，包括航天、汽车、电子和医药应用。本发明的泡沫TIMs通常用于连接处理器和元件至热量散逸设备(例如散热器和扩散器)。制品的性质可以专门制作以满足所需应用的要求。具体应用实例包括带材、衬垫或片材、振动阻尼制品、磁带背材、垫圈、垫片和密封剂。

下列非限定实施例中进一步说明本发明的实施方案特征。

实施例

以下测试方法和实施例中，样品尺寸(通常为长度)是近似的，除了宽度，其中宽度是量测到切割工具的准确度。

这些实施例仅用于说明目的，不是对附加权利要求范围的限定。实施例和说明书其余部分中的所有份数、百分数、比例等均以重量计，除非另外标明。

测试方法

密度和空隙体积的测定

根据ASTM D792-86″通过替换法测量塑料密度和比重(相对密度)的标准测试方法″测定密度。样品切成大约2.54cm×2.54cm(1英寸(in)×1英寸(in))样品，并在高精度天平上称重，可以Model AG245从Mettler-Toledo，Greifensee，Switzerland得到。通过在室温下(23℃+/-1℃)测量替换水的质量，获得每个样品的体积。使用天平的专门附件以克测量每个样品的浮力。采用其质量除以其浮力作为样品的密度(D_meas)，假定在23℃的水密度为1g/cc。

根据以下公式确定组合物的理论密度(D_theor)：

组合物的D_theor＝(粘合剂组分的wt％×粘合剂组分的D_meas)+(第一填料组分的wt％×第一填料组分的D_theor)+(第二填料组分的wt％×第二填料组分的D_theor)+(第三填料组分的wt％×第三填料组分的D_theor)等。

并根据该结果，从下式计算空隙体积百分数：

％空隙体积＝(1-组合物的D_meas/组合物的D_theor)×100

记录的空隙体积％包括膨胀的聚合微球和/或留存气体和/或化学发泡剂和/或物理发泡剂对空隙体积的贡献。

硬度测试

测量并记录样品的厚度(约3.81cm(1.5英寸)×2.54cm(1.0英寸))。然后层压样品至清洁的干玻璃板条，注意避免在样品和玻璃间残留气泡。以相同方式层压附加制品样品至第一制品，直到获得至少0.34cm(0.135英寸)总厚度。使用Shore A硬度测试仪(型号CV Stand，硬度计类型A ASTM D2240 Gauge，可以从Shore Instrument Mfg.Co.Inc.获得，Freeport，NY)，在每个样品的三个位置上从设备读取初始硬度，并且平均其值。

粘度

使用Rheometrics RDA II，可从Rheometrics获得，测量粘度的变化。将粘合剂放入直径25mm、厚度1mm的平行板中。将数据以复合体粘度对温度和在180℃的剪切速率作图。以1弧度/秒的频率记录粘度。

静剪切强度测试

从要测试制品切取2.54cm(1.0英寸)宽×约3.81cm(1.5英寸)长样品，并压到溶剂洗涤(丙酮洗涤一次，随后用庚烷洗涤三次)并干燥的0.508cm(2英寸)宽×7.62cm(3英寸)长的304型不锈钢基材板条上，并把样品放在板条一端的中心。将约10.16cm(4英寸)长×约3.175cm(1.25英寸)宽×0.0025cm(0.001英寸)厚的原聚酯薄膜片材粘附至样品，通过使用2千克(4.5磅)硬橡胶辊将聚酯薄膜的原侧面轧制到样品上，每个方向双程轧制，注意在薄膜和样品之间不能留存气泡，约5.1cm(2英寸)聚酯薄膜延伸出板条作为标志牌。然后切割板条上的层压品至2.54cm(1.0英寸)长度，使得到的粘结面积是2.54cm×2.54cm(1.0英寸×1.0英寸)。然后将5.1cm(2英寸)标志牌折叠在三角形夹子周围，用遮蔽胶带缠绕，并用钉钉住，使得可以连接重物至测试样品。在室温下1000g重量用于测试样品，在70℃(158°F)500克重量用于测试样品。由此制备的样品可以在室温和大约50％相对湿度下保留大约24至72小时。然后将测试样品放置在具有2度向后倾斜角的静剪切标准夹具中。然后在室温下(约22℃)或设置在70℃±3℃(158)的强制通风烘箱中测试紧固样品。然后在连接500g重量之前经过10分钟加热得到高温测试样品。进行测试直至测试样品破损或经过10,000分钟。记录破损时间。

拉伸断裂强度和伸长率测试(方法I)

根据ASTM D412-98a″硫化橡胶和热塑性弹性体-拉伸的标准测试方法″测定拉伸和伸长率。施加硅氧烷脱模衬底至制品的暴露面，该制品一面已经具有衬底。在加工方向上使用Die E从要测试制品切割样品，以形成测试样品。使用具有0.1千克(3.5oz)力和0.0635cm(0.25英寸)直径底部的AMES量规，在每个样品的中心测量样品厚度。拉伸测试仪设置为下列条件：

夹片间隙：8.89cm(3.5英寸)

测试速度：51cm/分钟(20英寸/分钟)

荷重元：45千克(100磅)

通过分开设备夹紧钳至该长度设置初始量规长度在8.89cm(3.5英寸)，并将样品居中水平地放在夹片间，使得每个夹片夹持大约等长的样品。以51cm/分钟(20英寸/分钟)的测试速度测试样品，直至样品破坏或达到机器的最大伸长(101.6cm(40英寸))。记录拉伸强度的磅数(随后转换成千克)和伸长距离。通过用伸长距离除以起始间隙距离×100测定伸长百分率。进行十一次重复测试实验，除了其中指明，计算平均值，以提供厚度、峰值荷载、峰值应力、峰值应力下的应变百分比(％)、断裂载荷、断裂应变％、断裂能和模量。

拉伸断裂强度和(断裂)伸长率测试(方法II)

施加硅氧烷脱模衬底至制品的非衬底侧面。在加工方向上从要测试制品切割1.27cm(0.5英寸)宽×约12.7cm(5英寸)长的样品，以形成测试样品。除去一个衬底，并测量2.54cm(1.0英寸)的长度，并在测试样品的中心标明，以提供起始间隙距离。通过将带材边缘放置在两个标记上，跨过泡沫制品放置2.54cm(1英寸)宽×约7.62cm(3英寸)的遮蔽胶带，使得标出的2.54cm(1.0英寸)长区域没被带材覆盖。然后除去其它衬底，并将遮蔽胶带完全缠绕在制品周围，以确保遮蔽胶带跨过制品排列。该带材用于防止样品粘附至INSTRON夹片，并防止样品在夹片夹紧的位置断裂。INSTRON设置为下列条件：

夹片间隙：2.54cm(1.0英寸)

测试速度：25.4cm/分钟(10英寸/分钟)

然后将测试样品放置在INSTRON夹片中，使得夹片夹在遮蔽胶带边缘。以25.4cm/分钟(10英寸/分钟)的测试速度测试样品，直至样品断裂。记录拉伸断裂强度或最大荷载的磅数(随后转换成千克)，并记录伸长距离。通过用伸长距离除以起始间隙距离×100测定断裂伸长率。测试每种样品的一个试样。

90-度剥离强度测试

从要测试制品切割25.4mm(1英寸)或12.7mm(0.5英寸)宽×约127mm(5英寸)长样品，并通过将制品轧制到聚酯薄膜的最初侧面上，层压至约152.4mm(6英寸)长×约28.6mm(1.125英寸)宽×0.025mm(0.001英寸)厚的最初聚酯薄膜，注意不要在薄膜和制品之间留存气泡。类似地层压12.7(0.5英寸)宽样品至约152.4mm(6英寸)长×约15.8mm(0.625英寸)宽×0.025mm(0.001英寸)厚的最初聚酯薄膜。然后将层压品放置在溶剂洗涤(丙酮洗涤一次，随后庚烷洗涤三次)且干燥的51mm(2英寸)宽×约127mm(5英寸)长型6061-T6型合金裸标准铝板条上，或者放置在溶剂洗涤(异丙醇洗涤三次)且干燥的51mm(2英寸)宽×约127mm(5英寸)长聚丙烯板条上，使得层压品居中放在板条上，且一部分层压品延伸出板条作为标志盘。使用2千克(4.5磅)硬橡胶辊，每个方向上单程，将层压品轧制到板条上。注意不要在板条和层压品之间留存泡沫。在室温(约22℃)下将如此制备的样品保持约24小时。然后在室温(约22℃)下用以下描述的方法A(用于聚丙烯板条)或方法B(用于铝板条)测试样品的90度剥离强度。

方法A：使用装有4.5千克(10磅)荷重元的IMASS测试仪，以30cm/分钟(12英寸/分钟)的测试速度测试样品。忽略从最初0.51cm(0.2英寸)长度剥离获得的剥离值。记录接着5.08cm(2英寸)的剥离值或″剥离面积″。报告值是三次重复实验综合剥离强度值的平均值。

方法B：使用装有45千克(100磅)荷重元的SINTECH 5/GLInstron测试仪，以30cm/分钟(12英寸/分钟)的测试速度测试样品。忽略从最初1.27cm(0.5英寸)长度剥离获得的剥离值。记录接着89mm(3.5英寸)的剥离值或″剥离面积″。报告值是三次重复实验综合剥离强度值的平均值。

拉伸脱模测试

在样品的加工方向上从测试样品切割12.5mm(0.5英寸)宽×127mm(5英寸)长的长条。

将一长条层压至50.8mm(2英寸)宽×127mm(5英寸)长的铝或玻璃板条，使得长条距板条的一个长边缘约为0.635cm(0.25英寸)，且约25.4mm(1.0英寸)的长条延伸超出板条末端。注意确保长条和板条间的润湿或接触最大化。期望获得100％的接触。

类似地，沿着玻璃板条的其它边缘层压得自不同实施例的长条。

然后直接层压第二个类似板条(即，铝和铝，或玻璃和玻璃)至第一板条上，确保长条和第二板条之间没有留存气泡。在室温(约22℃)下使粘结样品保持24小时至72小时。

用手以约30cm/分钟(约12英寸/分钟)的速度在基本上与板条平行的方向拉伸测试长条的自由端，以引发拉伸脱模移去，直到粘合失效。仅目视检查玻璃板条是否存在残余物，并记录失效的模式。如果从板条完全移去，样品列为″通过″。如果样品不能完全除去，样品列为″失败″。

热阻抗测量

根据ASTM C-1114测试方法″用薄型-加热器装置测量稳态热传导性质″测量本发明公开发明的单层热阻抗。

图5中显示出薄型加热器装置500的简图。

使用小型电阻器502作为薄型加热器。使用的电阻器是在0.806cm²(0.125英寸2)面积的TO-220封装中为10欧姆的电阻器，(例如Caddock Electronics MP930)。在穿过电阻器背面的小孔中放置细丝热电偶504，以测量热侧温度，Th。

通过设定电流和电压(功率＝电流×电压)，从精密电源506(例如Hewlett Packard E3611A)提供已知的功率Q。将要测试的样品508放置到可弃测试表面509上，并在薄型加热器和冷铝测试块510之间用运转冷水通过冷却块511冷却。冷却试块具有测量冷侧温度Tc的热电偶512。增加电阻器功率，并使电阻器温度达到平衡。记录温度Th和Tc，并根据ASTM C 1114使用下列关系式计算阻抗和导热率：

A＝薄型加热器面积

功率，Q＝电压×供应电流

热流率，q＝Q/A，

ΔT＝Th-Tc

热阻(R)＝ΔT/q

热阻抗(Z_uncorr)＝R×A

用电阻器顶(水平面)表面(而不是样品的侧面)的任何热损失校正热阻抗，并报告为Z_corr。

Z_corr＝Z_uncrr-[电阻器的对流热损耗×(电阻器的表面温度Th-室温)]

其中TO-220类型电阻器的对流热损耗值＝0.011瓦。

在文章″Factors Affecting Convection Heat Transfer″ Heat Transfer，Watlow Education Series，Book One，1995，16-17页中可以得到进一步的论述。从上述书的17页图17上读取电阻器的对流热损失值，且该值基于测试电阻器的尺寸。

整体导热率测量

阻抗作图法用于计算整体导热率(k)。以不同厚度挤出材料得到样品，或通过结合多层单个样品以得到不同的厚度。

根据上述测试方法对于不同厚度的样品测量校正的热阻抗(Z_corr)。然后考虑到界面阻抗的有限值对该数据作图。该作图方法可以用以下公式表示：

Z_corr＝Z_interface+t/k

图6展示了热阻抗(Z_corr)对厚度(t)的作图。作图得到了斜率＝1/k和t＝0处截距等于Z_interface的直线。然后从校正后热阻抗值的直线斜率计算整体导热率(k)。

实施例中使用的材料

组分	商品名	说明	来源
组分	商品名	说明	来源	粘合剂
2-EHA	丙烯酸2-乙基己基酯	丙烯酸酯单体	BASF Corp，Mt.Olive，NJ	粘合剂
2-EHA	丙烯酸2-乙基己基酯	丙烯酸酯单体	BASF Corp，Mt.Olive，NJ	AA	丙烯酸	丙烯酸酯单体	BASF Corp.
IOTG	巯基乙醇酸异辛基酯	链转移剂	BASF Corp.	AA	丙烯酸	丙烯酸酯单体	BASF Corp.
IOTG	巯基乙醇酸异辛基酯	链转移剂	BASF Corp.	KratonD1107	Kraton^TMD1107	苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯线性热塑性弹性体(标称分子量229,000)	Kraton Polymers U.S.LLC，Houston，TX
SHELLFLEX 371N	SHELLFLEXTM 371N	精炼石油	Shell Lubricants，Houston，TX	KratonD1107	Kraton^TMD1107	苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯线性热塑性弹性体(标称分子量229,000)	Kraton Polymers U.S.LLC，Houston，TX
SHELLFLEX 371N	SHELLFLEXTM 371N	精炼石油	Shell Lubricants，Houston，TX	IRGNOX1010	IRGNOX^TM1010	抗氧化剂	Ciba Specialty ChemicalsCorp，Tarrytown，NY
WINGTACKPlus	Wingtack^TMPlus	增粘树脂(标称数均分子量1070)	Goodyear Tire & Rubber Co，Chemicals Division，Akron，OH	IRGNOX1010	IRGNOX^TM1010	抗氧化剂	Ciba Specialty ChemicalsCorp，Tarrytown，NY
WINGTACKPlus	Wingtack^TMPlus	增粘树脂(标称数均分子量1070)	Goodyear Tire & Rubber Co，Chemicals Division，Akron，OH	IRG 651	Irgacure^TM 651	2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮	Ciba Specialty ChemicalsCorp
VA-24薄膜	VA-24薄膜	0.0635mm厚热封性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜，具有6％的乙酸乙烯酯	CT Film of Dallas，TX	IRG 651	Irgacure^TM 651	2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮	Ciba Specialty ChemicalsCorp
VA-24薄膜	VA-24薄膜	0.0635mm厚热封性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜，具有6％的乙酸乙烯酯	CT Film of Dallas，TX	填料
BN	氮化硼	导热填料，六角形，理论密度1.80	Advanced CeramicsCorporation，Cleveland，OH；现在称为GE AdvancedCeramics	填料
BN	氮化硼	导热填料，六角形，理论密度1.80		SiC	碳化硅(SILICARIDE G-21，Gradep240)	导热填料；理论密度3.10	Washington Mills ElectroMinerals Corp.，NiagaraFalls，NY
Al(OH)₃	Martinal ON320	氢氧化铝，粒度20微米，理论密度2.40	Albemarle Corporation，BatonRouge，LA	SiC	碳化硅(SILICARIDE G-21，Gradep240)	导热填料；理论密度3.10	Washington Mills ElectroMinerals Corp.，NiagaraFalls，NY
Al(OH)₃	Martinal ON320	氢氧化铝，粒度20微米，理论密度2.40	Albemarle Corporation，BatonRouge，LA	Mg(OH)₂	氢氧化镁	导热填料，理论密度2.40	Albemarle Corporation
F-100D	Micropearl^TMF-100D	具有含丙烯腈和甲基丙烯腈芯组合物的可发性聚合微球	Pierce Stevens，Buffola，NY	Mg(OH)₂	氢氧化镁	导热填料，理论密度2.40	Albemarle Corporation
F-100D	Micropearl^TMF-100D	具有含丙烯腈和甲基丙烯腈芯组合物的可发性聚合微球	Pierce Stevens，Buffola，NY	Exact 3040	Exact^TM 3040	乙烯基己烯共聚物，标称拉伸屈服强度(MD)5.4Mpa(780psi)，拉伸断裂强度(MD)51.6Mpa(7490psi)，断裂伸长率(MD)460％，MI16.5，密度0.900g/cm³，峰熔融温度96℃(205)	ExxonMobil ChemicalCompany，Houston，TX

实施例1

使用可发性聚合微球(F-100D)和变化量的导热填料制备四种丙烯酸TIMs。各种组合物以多种厚度涂覆。

制备压敏粘合剂A(PSA-A)：

通过混合95份2-EHA、5份AA、0.15份IRG 651和0.02份IOTG制备压敏粘合剂组合物。

将该组合物放入测量约100mm×50mm×5mm厚的VA-24薄膜封装中，浸于水浴，并暴露至描述于美国专利No 5,804,610的紫外线辐射。根据上述测试方法，PSA-A的粘度测试为约3980.73泊(P)。该粘合剂被认为具有约700,000至约1,200,000的重均分子量(Mw)。PSA-A的密度是0.98g/cc。

制备热界面材料：

通过51mm单螺杆挤出机(Bonnot挤出机)进料PSA-A至设置以200rpm(实际速度为176rpm)螺杆速度运行且具有四个端口(WernerPfleider)的30mm同向双螺杆挤出机筒区域1的进料口。Bonnot挤出机中所有区域的温度均设置为149℃(300°F)。将表1中指定的导热填料(表1中指定每100重量份的PSA-A和导热填料中的重量份)干燥固体的一部分加入至同向双螺杆挤出机筒区域5的进料口，导热填料和PSA-A的总流速约3.18千克/小时(千克/hr)(7磅/小时(lb/hr))。将每100重量份的PSA-A中浓度为0.5重量份的F-100D微球顺流加至筒区域7。双螺杆挤压机的所有六个温度区域中，温度均设置在93.5℃(200°F)。通过筒区域9的端口施加真空(约-77.9+/-10.2牛顿/平方米(N/m²)(-23+/-3英寸水银柱(Hg))。挤出机接头和挤出机出口端的挠性软管的温度均设置在113℃(235°F)。用热的Zenith熔体泵控制流速，标称10.3cc/rev，设置在113℃(235°F)。

将挤出物经过热的软管泵至具有约0.114cm(0.045英寸)间隙的单层15.24cm(6英寸)宽锻模。模头温度设置在182℃(360°F)。调节线速度，以提供表1中指定的目标厚度。

将挤出片材铸塑到两个冷却辊(一个金属，一个橡胶)形成的压辊中，在两个硅氧烷涂布的聚酯脱模衬底之间。冷却辊的温度设置为7.5℃(45°F)。每个衬底为0.051mm(0.002英寸)厚双侧硅氧烷涂布的聚酯衬底，每个侧面上具有不同的脱模材料(标识为5035和7200)，可以从DCP-LOHJA Inc.，Willowbrook，IL，以2-2PESTR(P2)-5035和7200获得。挤出片材接触一个衬底的7200侧面和另一个衬底的5035侧面。除去具有与挤出片材接触的7200脱模材料的衬底，并将得到的制品绕成卷，用于随后的交联。

表1

样品	导热填料	导热填料wt％	目标厚度，cm(mils)	测量厚度，cm(mils)
样品	导热填料	导热填料wt％	目标厚度，cm(mils)	测量厚度，cm(mils)	1	BN	40	0.0508(20)	0.0439(17.3)
2	BN	50	0.0508(20)	0.0538(21.2)	1	BN	40	0.0508(20)	0.0439(17.3)
2	BN	50	0.0508(20)	0.0538(21.2)	3	Al(OH)3	40	0.0508(20)	0.0569(22.4)
4	Al(OH)3	50	0.0508(20)	0.0462(18.2)	3	Al(OH)3	40	0.0508(20)	0.0569(22.4)

从上述样品卷切割两个约0.46米(m)(18英寸)长的片。小心地层压2-2PESTR(P2)-5035和7200至各个片的露出侧面，其中各个片具有与露出侧接触的7200硅氧烷涂布的侧面。然后对两个面上均具有衬底的挤出片材按照如下所述进行γ辐射。

通过γ处理单元(Research Loop of Panasonic Industrial Irradiator JS7500，Cobalt 60 Wet Storage，可从M.D.S.Nordion，Kanota，Ontario，Canada获得)对样品进行γ辐射。每个片接受的γ剂量测量为31.6至36.4千戈瑞(kGy)(目标剂量＝30kGy)。

然后根据上述测试方法测试得到制品的物理性能。实施例1-4的整体导热率分别是0.82、0.95、0.60和0.85瓦/米-K。

结果在表2中给出。

表2

实施例号	密度g/cm³(测量/理论)	％空隙体积	剥离强度，kN/m(oz/in)		静态剪切，分钟		阻抗，℃-cm²/W(℃-in²/W)
			剥离强度，kN/m(oz/in)		静态剪切，分钟		阻抗，℃-cm²/W(℃-in²/W)		Al	PP	22℃	70℃	Zuncorr.	Zcorr.
			1	1.106/1.30	14.9	0.601(54.9)	0.069(6.3)	10000+	Al	PP	22℃	70℃	Zuncorr.	Zcorr.	10000+	8.32(1.29)	9.03(1.40)
2	1.206/1.38	12.6	1	1.106/1.30	14.9	0.601(54.9)	0.069(6.3)	10000+	0.426(38.9)	0.0722(6.6)	10000+	10000+	7.61(1.18)	8.26(1.28)	10000+	8.32(1.29)	9.03(1.40)
2	1.206/1.38	12.6	3	1.081/1.55	30.3	0.380(34.7)	0.118(10.8)	10000+	0.426(38.9)	0.0722(6.6)	10000+	10000+	7.61(1.18)	8.26(1.28)	10000+	14.32(2.22)	16.71(2.59)
4	1.221/1.69	27.8	3	1.081/1.55	30.3	0.380(34.7)	0.118(10.8)	10000+	0.420(38.4)	0.0996(9.1)	10000+	10000+	10.39(1.61)	11.48(1.78)	10000+	14.32(2.22)	16.71(2.59)

实施例5

使用两种导热填料的共混物制备丙烯酸热界面组合物，其中导热填料也作为发泡剂。

制备热界面组合物

根据实施例1-4制备热界面组合物，除了导热填料为82wt％SiC与18wt％BN的干共混物，并且没有使用可发性聚合微球。

表3

实施例号	导热填料	导热填料wt％	目标厚度，cm(mils)	测量厚度，cm(mils)
实施例号	导热填料	导热填料wt％	目标厚度，cm(mils)	测量厚度，cm(mils)	5	82∶18 SiC∶BN	60	0.0508(20)	0.0549(21.6)

根据实施例1-4中所述对样品进行γ辐射。

根据上述概括的测试方法对TIM进行物理性能测试。实施例5的整体导热性为0.97瓦特/米-K。

结果在表4中列出。

表4

实施例号	密度g/cm³(测量/理论)	％空隙体积	剥离强度，kN/m(oz/in)		静态剪切，分钟		阻抗，℃-cm²/W(℃-in²/W)
			剥离强度，kN/m(oz/in)		静态剪切，分钟		阻抗，℃-cm²/W(℃-in²/W)		Al	PP	22℃	70℃	Z_uncorr.	Z_corr.
			5	1.43/2.11	32.2	0.730(66.7)	0.172(15.7)	10000+	Al	PP	22℃	70℃	Z_uncorr.	Z_corr.	10000+	8.06(1.25)	8.84(1.37)

实施例6

使用实施例5的两种导热填料共混物制备热塑性弹性体TIM。碳化硅也作为化学发泡剂。没有预混合PSA组合物。组合物以多种厚度涂覆。得到的制品没有进行辐照。

制备热界面组合物：

以2.60千克/小时(10磅/小时)的进料速度将100份Kraton D1107进料到实施例1-4双螺杆挤出机的筒区域1的进料口。将179份WINGTACK PLUS粘性树脂在Helicon Mixer(其槽设置为149℃(300°F)、泵和软管设置为163℃(325°F))中熔融，并以1.87千克/小时(4.11磅/小时)的进料速度泵入筒区域3中进料口。使用Zenith泵以0.24千克/小时(0.528磅/小时)的进料速度通过筒区域5的进料口加入23份SHELLFLEX 371N油。粘合剂的总流速(即，Kraton D1107、WINGTACK PLUS粘性树脂和SHELLFLEX 371N)为约3.18千克/小时(7磅/小时)。粘合剂的密度为0.96g/cc。

将一部分表5中指定的导热填料和3份IRGANOX 1010的干燥共混物以2.60千克/小时(5.73磅/小时)的进料速度加到筒区域5中的进料口。

双螺杆挤出机六个温度带的温度设置如下：带1在149℃(300°F)、带2在154.4℃(310°F)、带3-6在160℃(320°F)。通过筒区域9中端口施加真空(约-77.9+/-10.2N/m²(-23+/-3英寸水银柱(Hg))。挤出机接头和挤出机出口端挠性软管的温度均设置为160℃(320°F)。用热的Zenith熔体泵控制流速，标称10.3cc/rev，设置在160℃(320°F)。

将挤出物通过热的软管泵至实施例1-4的单层宽锻模。模头温度设置在163℃±14℃(325°F±25°F)。调节线速度，以提供表5中指定的目标厚度。将挤出片材铸塑到由两个冷却辊(一个金属，一个橡胶)形成的压辊间隙，在实施例1-4的两个硅氧烷涂布的聚酯脱模衬底之间。冷却辊的温度设置为7.5℃(45°F)。除去一个衬底，并将得到的制品绕成卷。

表5

实施例号	导热填料	导热填料wt％	目标厚度，cm(mils)	测量厚度，cm(mils)
实施例号	导热填料	导热填料wt％	目标厚度，cm(mils)	测量厚度，cm(mils)	6	82∶18 SiC∶BN	45	0.0508(20)	0.0424(16.7)

根据上述概括的测试方法对TIM进行物理性能测试。结果在表6中列出。对于密度计算，没有导热填料的热塑性弹性体粘合剂的密度为0.96g/cc。实施例6的整体导热性为0.84瓦特/米-K。

表6

实施例号	密度g/cm³(测量/理论)	％空隙体积	剥离强度，kN/m(oz/in)		静态剪切，分钟		阻抗，℃-cm²/W(℃-in²/W)
			剥离强度，kN/m(oz/in)		静态剪切，分钟		阻抗，℃-cm²/W(℃-in²/W)		Al	PP	22℃	70℃	Z_uncorr.	Z_corr.
			6	1.32/1.83	27.9	1.103(100.8)	1.600(146.2)	10000+	Al	PP	22℃	70℃	Z_uncorr.	Z_corr.	98.5	10.84(1.68)	12.39(1.62)

实施例7

制备热界面组合物

使用不同的导热填料制备丙烯酸热界面组合物。

制备压敏粘合剂B(PSA-B)

根据制备PSA-A的方法制备压敏粘合剂组合物(PSA-B)，除了用97份2-EHA、3份AA和0.01份IOTG代替95份2-EHA、5份AA和0.02份IOTG。根据上述测试方法测得PSA-B的粘度为2215.2P。据认为该粘合剂的重均分子量(Mw)为约800,000-约1,300,000。PSA-B的密度为0.98g/cc。

制备TIM

通过实施例1-4中的Bonnet挤出机以4.55千克/小时(10磅/小时)的进料速度将PSA-B进料到共旋转双螺杆挤出机(40mm BerstorffZE-40，L/D＝40，10个筒)的筒1中。Bonnet挤出机的所有温度带均设置为149℃(300°F)，除了带1设置为135℃(275°F)。使用重力进料器(K-Tron型号T20，K-Tron，Pitman，NJ)，将导热填料干燥固体分别以2.27千克/小时(4磅/小时)和2.73千克/小时(6磅/小时)的进料速度进料至双螺杆挤出机的筒2和筒4。下表7提供了所加导热填料的数量和类型。该分路给料装置用来成功地获得低体积密度填料所需的填充量。此外，使垂直下降距离保持尽可能短，以避免留存过量空气。每个挤出螺杆由自清效应的方形通道变螺距(60mm、40mm和30mm)双程传送元件组成。螺杆还包含5-桨叶捏合段、长度50mm，以三种不同的偏移设置：(1)向前(LI)方向45度，(2)反转(RE)方向45度，或(3)中线(neutral pattern)90度。螺杆的起始370毫米由向前传送、自清效应元件(螺距30和60)组成。将第一捏和区域设置在螺杆的370-520mm间，并由向前、中线和反转捏合段组成。随后为传送区域(520-770mm)和另一个捏和段(770-920mm)。该捏和区域由两个向前段和随后的反转段组成。螺杆的其余部分(920-1600mm)由多种螺距的自清效应的方形通道向前传送元件组成，通常，随后螺距为下降倾向(60mm，40mm，30mm)。以200rpm(实际速度约200rpm)的螺杆速度，全部区域在125℃(257°F)温度下运转双螺杆挤出机。通过区域8中的开口施加真空(约-94.81kN/m²(-28英寸水银柱(Hg))，以除去任何挥发物和/或水分。如该螺杆设计中说明，真空区域中使用较大螺距向前传送元件，以提供较低的填充率，从而最大化聚合物表面积。通过设置在154.4℃(310°F)的1.905cm(0.75英寸)直径的不锈钢颈管，通过热的Normag熔体泵泵送挤出物，标称10.3cc/rev，设置在125℃(257°F)，送至具有0.102cm(0.040英寸)间隙(可以从Cloeren Company，Orange，TX获得)的4.17cm(10英寸)宽3-层Cloeren锻模的中央/中心层。模头温度设置为177℃(350°F)。调节线速度以提供表7中指定的目标厚度。

表7

实施例号	导热填料	导热填料wt％	目标厚度，cm(mils)	测量厚度，cm(mils)
实施例号	导热填料	导热填料wt％	目标厚度，cm(mils)	测量厚度，cm(mils)	7a	82∶18 SiC∶BN	50	0.0508(20)	0.0406(16)
7b	82∶18 SiC∶BN	50	0.0762(30)	0.0762(30)	7a	82∶18 SiC∶BN	50	0.0508(20)	0.0406(16)
7b	82∶18 SiC∶BN	50	0.0762(30)	0.0762(30)	7c	82∶18 SiC∶BN	50	0.1016(40)	0.0991(39)

将挤出片材铸塑到与用冷铸辊接触的双面硅氧烷涂布的实施例1-4聚酯衬底上。将片材铸塑到2-2PESTR(P2)-5035的5035面和7200脱模衬底上。铸辊的温度设置为7.5℃(54°F)。将得到的制品绕成卷，用于随后的交联。

从上述样品卷切取八个约0.46米(m)(18英寸)长的片。小心地层压2-2PESTR(P2)-5035和7200脱模衬底至各个片的露出侧面上，各个片具有与露出侧面接触的7200硅氧烷涂布的侧面。然后对两面具有衬底的挤出片材进行如下所述的γ辐射。

对样品进行γ辐射，并通过实施例1-4的γ处理单元。两个样品各自接受目标(实际测量)γ剂量为约30kGy(31.6-31.7kGy)、45kGy(44.4-45.9kGy)或60kGy(58.8-59.7kGy)。

然后根据上述测试方法测试得到制品的物理性能和粘合性能。结果在表8和9中给出。所用的测试方法是拉伸断裂强度和伸长率测试(方法I)。

表8

实施例号	密度g/cm³(测量/理论)	硬度	％空隙体积	辐射类型和辐射量	剥离强度，kN/m(oz/in)	静态剪切，分钟		阻抗，℃-cm²/W(℃-in²/W)		整体导热率
					剥离强度，kN/m(oz/in)	静态剪切，分钟		阻抗，℃-cm²/W(℃-in²/W)			Al	22℃	70℃	Z_uncorr.	Z_corr.
					7a	1.347(a)/1.92	NT	29.82	γ，30kGys		Al	22℃	70℃	Z_uncorr.	Z_corr.	NT	10000+	10000+	NT	NT	1.12
7b	1.461(a)/1.92	NT	23.93	γ，30kGys	7a	1.347(a)/1.92	NT	29.82	γ，30kGys	NT	10000+	10000+	NT	NT		NT	10000+	10000+	NT	NT
7b	1.461(a)/1.92	NT	23.93	γ，30kGys	7c	1.478/1.92	24(b)	23.04	γ，45kGys	NT	10000+	10000+	NT	NT	0.727(66.4)	NT	NT	NT	NT

(a)测量样品暴露至45kGy的γ辐射

(b)对40mil厚样品进行测试，并接受30kGy的γ辐射

表9

实施例号	辐射类型和辐射量	厚度，cm(mils)	峰值载荷，千克(磅)	峰值应力，Mpa(psi)	在峰值载荷的％应变	断裂应力，Mpa(psi)	断裂载荷，千克(磅)	％断裂应变	断裂能量cm-千克(英寸-磅)	模量，Mpa(psi)
实施例号	辐射类型和辐射量	厚度，cm(mils)	峰值载荷，千克(磅)	峰值应力，Mpa(psi)	在峰值载荷的％应变	断裂应力，Mpa(psi)	断裂载荷，千克(磅)	％断裂应变	断裂能量cm-千克(英寸-磅)	模量，Mpa(psi)	7c	γ，45kGy	0.0864(34)	0.409(0.9)	0.738(107)	408.9	0.409(0.9)	0.728(105.6)	433.6	11.74(10.17)	0.344(49.87)

实施例8-9

使用变化量的Exact 3040制备具有拉伸脱模性质的丙烯酸热界面组合物，其中拉伸脱模性有原位形成微纤维提供。各种组合物以多种厚度涂覆。

制备TIM

通过实施例1-4的Bonnot挤出机以1.95千克/小时(4.28磅/小时)的进料速度进料实施例7的PSA-B至以225rpm(实际速度为201rpm)螺杆速度运行的实施例1-4双螺杆挤出机的筒区域3中进料口。Bonnot挤出机中所有区域的温度设置为149℃(300°F)。将表10中指定的导热填料干燥固体的一部分(表10中指定的每100重量份PSA-B加上导热填料的重量份)加入至实施例1-4双螺杆挤出机的筒区域1中进料口。

对于含25wt.％Exact 3040的实施例，导热填料和Exact 3040的进料速度分别为2.12千克/小时(4.67磅/小时)和0.65千克/小时(1.43磅/小时)。对于含30wt.％Exact 3040的实施例，导热填料和Exact 3040的进料速度分别为2.27千克/小时(5.00磅/小时)和0.83千克/小时(1.83磅/小时)。每100重量份PSA-B中浓度为0.93重量份的F-100D微球以0.3g/min的进料速度顺向加到筒区域7。

在双螺杆挤出机的所有六个温度带，温度均设置为149℃(300°F)，除了带4温度设置为93.5℃(200°F)。通过筒区域10中端口施加真空(约-77.9+/-10.2N/m²(-23+/-3英寸水银柱(Hg))。三个挤出机接头的温度设置为149℃(300°F)，挤出机出口端挠性软管的温度设置为165℃(330°F)。用热的Zenith熔体泵控制流速，标称10.3cc/rev，设置在149℃(300°F)。

将挤出物通过热的软管泵送至实施例1-4的单层宽锻模。模头温度设置在182℃(360°F)。调整线速度以提供表10指明的目标厚度。

将挤出片材铸塑到由两个冷却辊(一个金属，一个橡胶)形成的压辊间隙，在实施例1-4的两个硅氧烷涂布的聚酯脱模衬底之间。冷却辊的温度设置为7.5℃(45°F)。如在实施例1-4中，除去一个衬底，并将得到的制品绕成卷用于随后的交联。

表10

实施例号	导热填料	导热填料wt％	Exact 3040wt％	F-100Dwt％	目标厚度，cm(mils)	测量厚度，cm(mils)
实施例号	导热填料	导热填料wt％	Exact 3040wt％	F-100Dwt％	目标厚度，cm(mils)	测量厚度，cm(mils)	8	95/5Mg(OH)₂/Al(OH)₃	45	25	0.93	0.1016(40)	0.0724(28.50)
9	95/5Mg(OH)₂/Al(OH)₃	45	30	0.93	0.1016(40)	0.0965(38.0)	8	95/5Mg(OH)₂/Al(OH)₃	45	25	0.93	0.1016(40)	0.0724(28.50)

对得到的样品卷进行γ辐射，测得的γ剂量为33.4至35.3kGy(目标剂量为30kGy)。

从辐照后的卷切割样品，然后根据上述测试方法测试物理性能和粘合性能，D_theor除外，因为可发性微球的贡献可忽略不计，且不包括在计算结果中。结果在表11和12中给出。所用的测试方法为拉伸断裂强度和伸长率测试(方法II)。

表11

实施例号	密度g/cm³(测量/理论)	％空隙体积	硬度	剥离强度，kN/m(lb/0.5in)	静态剪切，分钟		阻抗，℃-cm²/W(℃-in²/W)
				剥离强度，kN/m(lb/0.5in)	静态剪切，分钟		阻抗，℃-cm²/W(℃-in²/W)		Al	22℃	70℃	Z_uncorr.	Z_corr.
				8	1.314/1.608	18.3	56.0	NT	Al	22℃	70℃	Z_uncorr.	Z_corr.	10000+	10000+	14.90(2.31)	18.13(2.81)
9	1.263/1.606	21.4	56.5	8	1.314/1.608	18.3	56.0	NT	NT	10000+	10000+	17.29(2.68)	22.06(3.42)	10000+	10000+	14.90(2.31)	18.13(2.81)

(a)VLR＝非常少的残留物

LR＝少量残留物

SB＝样品断裂，但仍没有去除

P＝通过

表12

实施例号	厚度，cm(mils)	峰值载荷，千克(磅)	断裂伸长率％
实施例号	厚度，cm(mils)	峰值载荷，千克(磅)	断裂伸长率％	8	15.7(40)	5.45(12.0)	570
9	16.5(42)	7.05(15.5)	1000	8	15.7(40)	5.45(12.0)	570

虽然已经详细描述本发明优选实施方案的多种特征，但这些特征和描述实施方案的变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。该变化或改变被认为在本发明所附权利要求的保护范围和主旨内。

Claims

1.一种包括泡沫薄膜的泡沫热界面材料，薄膜薄膜包含数均分子量大于25,000的聚合热熔性PSA和至少25wt％导热填料的共混物，所述薄膜的空隙体积为所述泡沫薄膜体积的至少5％。

2.一种热界面组合物，包含数均分子量大于25,000的聚合热熔性PSA和至少25wt％导热填料，和有效量的发泡剂。

3.如权利要求1的泡沫热界面材料，其中所述的泡沫薄膜进一步包括阻燃剂和/或基本上连续的微纤维。

4.如权利要求3的泡沫热界面材料，其中所述材料具有拉伸脱膜性。

5.如权利要求4的热界面材料，其中赋予拉伸脱膜性的微纤维已原位形成。

6.如权利要求3的泡沫热界面材料，其中所述材料可通过UL 94V-2级别。

7.如权利要求1的泡沫热界面材料，其中所述空隙体积占材料体积的5-75％。

8.如权利要求1的泡沫热界面材料或权利要求2的热界面组合物，其中导热填料选自陶瓷、金属氧化物、金属氢氧化物和其组合物。

9.如权利要求1的泡沫热界面材料或权利要求2的热界面组合物，其中聚合热熔性PSA选自丙烯酸、热塑性弹性体、橡胶/树脂、嵌段共聚物、或聚α-烯烃粘合剂。

10.如权利要求1的泡沫热界面材料或权利要求2的热界面组合物，其中导热填料选自氮化硼、氮化硅、氮化铝、一氮化钛、氧化铝、氧化铍、氧化锆、碳化硅、碳化硼、氢氧化镁、氧化镁、氢氧化铝和其组合物。

11.如权利要求1的泡沫热界面材料，其中导热填料在泡沫薄膜中的存在量为至少40wt.％。

12.如权利要求1的泡沫热界面填料，其中导热填料在泡沫薄膜中的存在量为至少60wt.％。

13.如权利要求1的泡沫热界面材料，其进一步具有与所述泡沫薄膜邻接的背衬。

14.如权利要求13的泡沫热界面材料，其中所述背衬是导热性的。

15.如权利要求1的泡沫热界面材料，其还具有与所述泡沫薄膜的至少部分相连的至少一种表面粘合剂层。

16.如权利要求15的泡沫热界面材料，其中至少一种表面粘合剂层含导热填料。

17.如权利要求16的泡沫热界面材料，其中导热填料在泡沫薄膜中的存在量大于导热填料在表面粘合剂层中的存在量。

18.如权利要求1的泡沫热界面材料，其具有至少约0.5瓦/米-K的整体导热率。

19.如权利要求1的泡沫热界面材料，其具有至少约0.6瓦/米-K的整体导热率。

20.如权利要求1的泡沫热界面材料，其具有至少约0.8瓦/米-K的整体导热率。

21.如权利要求2的热界面材料，其中发泡剂选自可发性微球、物理发泡剂、化学发泡剂和其组合物。

22.如权利要求4的泡沫热界面材料，其对铝90度的剥离强度大于约0.0438kN/m，且Shore A硬度小于约60。

23.一种从电气元件导热至散热材料的方法，包括如下步骤：

提供权利要求1的泡沫热界面材料；和

使泡沫热界面材料与电气元件和散热材料接触，使得泡沫热界面材料位于电气元件和散热材料之间。

24.一种制备泡沫热界面材料的方法，包括：

(a)熔融混合压敏粘合剂聚合物、导热性粒子和发泡剂，以形成可发性易成型的组合物；

(b)使发泡剂活化；

(c)使易成型的组合物形成具有外表面的泡沫薄膜；和

(d)任选施加导热性粘合剂组合物至泡沫聚合物薄膜的外表面。

25.如权利要求24的方法，其还包括用辐照交联泡沫热界面材料的步骤。

26.如权利要求25的方法，其中辐照选自γ辐射、X-射线辐射和电子束辐射。

27.如权利要求24的方法，其中进一步包括熔融混合微纤维形成材料或阻燃剂或两者的步骤。